電解

電解過程時常用的詞彙 電解是利用電能將熔融狀態或溶於水的電解質分解的過程。 電解質是在熔融狀態或溶於水時能導電，並且被電能分解的物質。 陽極是發生氧化作用的地方，它連接於直流電源的正電極。 陰極是發生還原作用的地方，它連接於直流電源的負電極。

電解過程時常用的詞彙 陰離子是帶負電荷的離子，被陽極吸引。 陽離子是帶正電荷的離子，被陰極吸引。 安培計是量度流經電路的電流的儀器，標示電流的單位是安培（A）。 可變電阻是用來改變電路中的電阻以控制電流大小的儀器。

電解

影響電解的因素 離子在電化序中的位置。 溶液中離子的濃度。 用作電極的物質。

陽離子在電化序中的位置

陰離子在電化序中的位置

例子(1) ：電解熔融溴化鉛(II)

例子(1) ：電解熔融溴化鉛(II) 固態的溴化鉛﹙II﹚不導電，原因是沒有自由離子。 熔融的溴化鉛﹙II﹚含自由離子，所以導電。 陽離子 陰離子 Pb2+() Br-()

例子(1) ：電解熔融溴化鉛(II) 鎳鉻合金線 陽極(+) 陰極(-) 熔融 溴化鉛﹙II﹚ 電子流動方向

例子(1) ：電解熔融溴化鉛(II) 在陰極，鉛﹙II﹚離子接收電子，還原成鉛原子。 Pb2+() + 2e–  Pb()

例子(1) ：電解熔融溴化鉛(II) 在陽極，溴離子失去電子，氧化成溴原子。 2Br-()  Br2() + 2e–

例子(1) ：電解熔融溴化鉛(II) 溴原子接著會以一對一對的形式連結在一起，形成溴分子。

例子(2) ：電解酸化水（用鉑電極） 一般情況下，水是非導電體。但事實地水可輕微電離，產生氫離子和氫氧離子。 H2O() H+(aq) + OH–(aq) 純酸是共價化合物，但溶於水後，酸的分子亦會電離。 HCl(g) + water  HCl(aq) HCl(aq)  H+(aq) + Cl–(aq)

例子(2) ：電解酸化水（用鉑電極） 陽離子 陰離子 H+(aq) OH-(aq)

例子(2) ：電解酸化水（用鉑電極） 在陰極，氫離子放電，還原生成氫氣。 2H+(aq) + 2e–  H2(g)

例子(2) ：電解酸化水（用鉑電極） 在陰極，氫氧離子放電，氧化生成氧氣。 4OH-(aq)  O2(g) + 2H2O() + 4e–

例子(2) ：電解酸化水（用鉑電極） 2H+(aq) + 2e–  H2(g) (1) 4OH-(aq)  O2(g) + 2H2O() + 4e– (2) (1)x2: 4H+(aq) + 4e–  2H2(g) (3) (2)+(3): 4OH-(aq) + 4H+(aq)  O2(g) + 2H2O() + 2H2(g) 4H2O()  O2(g) + 2H2O() + 2H2(g) 整體反應的方程式：2H2O()  O2(g) + 2H2(g)

例子(2) ：電解酸化水（用鉑電極） 稀酸提供大量的游動離子，增加水的導電性。 在電解過程中水分子卻不斷被消耗，因此稀酸的濃度會逐漸增加。

例子(3) ：電解稀氯化鈉溶液（用碳電極） 陽離子 陰離子 H+(aq) OH-(aq) Na+(aq) Cl-(aq)

例子(3) ：電解稀氯化鈉溶液（用碳電極） 鈉離子和氫離子游向陰極。 在陰極上，氫離子在電化序中的位置較鈉離子的為低，所以氫離子會優先放電，還原生成氫氣。 2H+(aq) + 2e–  H2(g)

例子(3) ：電解稀氯化鈉溶液（用碳電極） 氯離子和氫氧離子游向陽極。 在陽極上，氫氧離子在電化序中的位置較氯離子的為高，所以氫氧離子會優先放電，氧化生成氧氣。 4OH-(aq)  O2(g) + 2H2O() + 4e–

例子(3) ：電解稀氯化鈉溶液（用碳電極） 整體反應：2H2O()  O2(g) + 2H2(g) 由於氫離子在陰極放電，周圍的水分子會不斷電離，補充已放電的氫離子。因水電離而產生的氫氧離子，會在陰極周圍積聚，使該處的溶液呈鹼性。 氫氧離子在陽極放電，周圍的水分子亦會不斷電離，補充已放電的氫氧離子。因水電離而產生的氫離子，會在陽極周圍積聚，使該處的溶液呈酸性。

例子(3) ：電解稀氯化鈉溶液（用碳電極） 若把數滴通用指示劑加進氯化鈉溶液，陰極周圍的溶液會呈藍色，而陽極周圍的溶液則會呈紅色。 氯化鈉溶液的濃度便逐漸增加。

例子(4) ：電解稀硫酸銅(II)溶液（用碳電極） 陽離子 陰離子 H+(aq) OH-(aq) Cu2+(aq) SO42-(aq)

例子(4) ：電解稀硫酸銅(II)溶液（用碳電極） 在陰極上，銅 (II) 離子在電化序中的位置較氫離子的為低，所以銅 (II) 離子優先放電，還原生成銅，並在陰極上澱積。 Cu2+(aq) + 2e–  Cu(s)

例子(4) ：電解稀硫酸銅(II)溶液（用碳電極） 硫酸根離子和氫氧離子游向陽極。 在陽極上，氫氧離子在電化序中的位置較硫酸根離子的為高，所以氫氧離子會優先放電，氧化生成氧氣。 4OH-(aq)  O2(g) + 2H2O() + 4e–

例子(4) ：電解稀硫酸銅(II)溶液（用碳電極） 整體反應： 2Cu2+(aq) + 4OH–(aq)  2Cu(s) + O2(g) + 2H2O() 陽極周圍的水分子會不斷電離，補充在陽極放電的氫氧離子，因此會有氫離子在陽極周圍積聚，使該處的溶液呈酸性。 若把數滴通用指示劑加進溶液，陽極周圍的溶液則會呈紅色。

例子(4) ：電解稀硫酸銅(II)溶液（用碳電極）

例子(4) ：電解稀硫酸銅(II)溶液（用碳電極） 經過一段時間，陰極上澱積了銅。 若把電流對互換，陽極上便澱積了銅，那麼就必須考慮用作電極的物質，像例子﹙8﹚。

例子(5) ：電解稀碘化鈉溶液（用碳電極） 陽離子 陰離子 H+(aq) OH-(aq) Na+(aq) I-(aq)

例子(5) ：電解稀碘化鈉溶液（用碳電極） 鈉離子和氫離子游向陰極。 在陰極上，氫離子在電化序中的位置較鈉離子的為低，所以氫離子優先放電，還原生成氫氣。 2H+(aq) + 2e–  H2(g)

例子(5) ：電解稀碘化鈉溶液（用碳電極） 碘離子和氫氧離子游向陽極。 在陽極上，雖然氫氧離子在電化序中的位置較碘離子的為高，但碘離子的濃度遠高於氫氧離子的濃度，所以碘離子會優先放電，氧化生成碘。 2I-(aq)  I2(aq) + 2e–

例子(5) ：電解稀碘化鈉溶液（用碳電極） 整體反應： 2H+(aq) + 2I–(aq)  H2(g) + I2(aq) 陰極周圍的溶液會呈鹼性。 在陽極生成的碘會溶於溶液中，使陽極周圍的溶液呈褐色。

例子(5) ：電解稀碘化鈉溶液（用碳電極） 在電解過程中，氫離子和碘離子不斷被消耗，而鈉離子和氫氧離子卻留在溶液中，所以電解池中的溶液最終會變為氫氧化鈉溶液。

例子(6) ：電解濃氯化鈉溶液（用碳電極） 陽離子 陰離子 H+(aq) OH-(aq) Na+(aq) Cl-(aq)

例子(6) ：電解濃氯化鈉溶液（用碳電極） 鈉離子和氫離子游向陰極。 在陰極上，氫離子在電化序中的位置較鈉離子的為低，所以氫離子會優先放電，還原生成氫氣。 2H+(aq) + 2e–  H2(g)

例子(6) ：電解濃氯化鈉溶液（用碳電極） 氯離子和氫氧離子游向陽極。 在陽極上，雖然氫氧離子在電化序中的位置較氯離子的為高，但氯離子的濃度遠高於氫氧離子的濃度，所以氯離子會優先放電，氧化生成氯氣。 2Cl-(aq)  Cl2(g) + 2e–

例子(6) ：電解濃氯化鈉溶液（用碳電極） 整體反應： 2H+(aq) + 2Cl–(aq)  H2(g) + Cl2(aq) 由於陰極周圍的水分子會不斷電離，補充在陰極放電的氫離子，因此氫氧離子會在陰極周圍積聚，使該處的溶液呈鹼性。 在陽極生成的氯氣會溶於溶液中，令該處的溶液呈酸性，並且有漂白作用。

例子(6) ：電解濃氯化鈉溶液（用碳電極） 在電解過程中，氫離子和氯離子不斷被消耗，而鈉離子和氫氧離子卻留在溶液中，所以電解池中的溶液最終會變為氫氧化鈉溶液。

例子(7) ：電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極） 陽離子 陰離子 H+(aq) OH-(aq) Na+(aq) Cl-(aq) Hg()

例子(7) ：電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極） 鈉離子和氫離子游向陰極。 在陽極上，雖然氫氧離子在電化序中的位置較氯離子的為高，但鈉可與汞反應，生成一種合金 — 鈉汞齊，所以如果採用汞陰極，鈉離子會優先放電，還原生成鈉。生成的鈉金屬會溶於汞，形成鈉汞齊。 Na+(aq) + e– + Hg(l)  Na/Hg(l) 鈉汞齊

例子(7) ：電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極） 當生成的鈉汞齊與水接觸，合金中的鈉便會與水反應，生成氫氧化鈉和氫。 2Na/Hg(l) + 2H2O(l)  2NaOH(aq) + H2(g) + 2Hg(l)

例子(7) ：電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極） 氯離子和氫氧離子游向陽極。 在陽極上，雖然氫氧離子在電化序中的位置較氯離子的為高，但氯離子的濃度遠高於氫氧離子的濃度，所以氯離子會優先放電，氧化生成氯氣。 2Cl-(aq)  Cl2(g) + 2e–

例子(7) ：電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極） 整體反應： 在電解過程中，鈉離子和氯離子不斷被消耗，所以氯化鈉溶液的濃度會逐漸下降。 2Na+(aq) + 2Cl–(aq) + 2Hg(l)  2Na/Hg(l) + Cl2(g) 在電解過程中，鈉離子和氯離子不斷被消耗，所以氯化鈉溶液的濃度會逐漸下降。 此乃生產漂白劑的重要反應。

例子(8) ：電解稀硫酸銅(II)溶液（用銅電極） 陽離子 陰離子 H+(aq) OH-(aq) Cu2+(aq) SO42-(aq) Cu(s)

例子(8) ：電解稀硫酸銅(II)溶液（用銅電極） 在陰極上，銅 (II) 離子在電化序中的位置較氫離子的為低，所以銅 (II) 離子優先放電，還原生成銅，並在陰極上澱積。 Cu2+(aq) + 2e–  Cu(s)

例子(8) ：電解稀硫酸銅(II)溶液（用銅電極） 硫酸根離子和氫氧離子游向陽極。 在陽極上，銅在電化序中的位置較氫氧離子和硫酸根離子的為高，銅是較強的還原劑，故較易被氧化。因此銅陽極會被氧化，形成銅 (II) 離子。 Cu(s)  Cu2+(aq) + 2e–

例子(8) ：電解稀硫酸銅(II)溶液（用銅電極） 整體反應： Cu(s)  Cu(s) 陽極 陰極 整個電解過程的最終結果是銅由陽極轉移至陰極，即是陽極會逐漸變薄，陰極則逐漸變厚，而且速率相同。 陰極的質量改變 = 陽陰極的質量改變

例子(8) ：電解稀硫酸銅(II)溶液（用銅電極）

簡單化學電池與電解池的比較

簡單化學電池與電解池的比較 簡單化學電池 電解池 功能 利用化學反應產生電能的裝置。 利用電能引發化學反應的裝置。 電流方向 電子經外電路由陰極流去陽極。電路是由電子流動而產生。 陽離子在陰極獲得電子，陰離子在陽極失去電子。電路是由游動離子而產生。 陽極上的反應 還原作用 氧化作用 陰極上的反應

電解在工業上的應用 製造氫、氯、氫氧化鈉和漂白劑 銅的精煉 電鍍 提取活潑金屬 鋁的陽極電鍍

製造漂白劑

製造漂白劑 鈉汞齊流至另一容器後，與水反應，生成氫氧化鈉、氫和汞，生成的汞會被循環再用。 陽極：2Cl–(aq)  Cl2(g) + 2e– 陰極： Na+(aq) + e– + Hg(l)  Na/Hg(l)鈉汞齊 鈉汞齊流至另一容器後，與水反應，生成氫氧化鈉、氫和汞，生成的汞會被循環再用。 2Na/Hg(l) + 2H2O(l)  2NaOH(aq) + H2(g) + 2Hg(l)

製造漂白劑 上述過程製造了含有汞化合物的有毒廢料。若把這些廢料排放入河流和大海，會造成嚴重的污染問題。

銅的精煉

銅的精煉 從礦石提取出來的原銅，含有的雜質主要為銀、金、鉑、鐵和鋅等，這些雜質會大大降低銅的導電性能。 陽極：含有雜質的原銅 陰極：純度極高的薄銅片 電解質：硫酸銅 (II) 溶液和硫酸

銅的精煉 鐵和鋅比銅活潑，較易形成離子。 陽極中的鐵和鋅會先行釋出電子。接著銅也釋出電子，形成銅 (II) 離子。 Zn(s)  Zn2+(aq) + 2e– Fe(s)  Fe2+(aq) + 2e– Cu(s)  Cu2+(aq) + 2e–

銅的精煉 雜質如銀、金、鉑則會沉澱在容器的底部。 在陰極上，銅 (II) 離子在電化序中的位置較氫離子的為低，所以銅 (II) 離子優先放電，還原生成銅，並在陰極上澱積。 Cu2+(aq) + 2e–  Cu(s)

銅的精煉 整體反應： Cu(s)  Cu(s) 陽極 陰極 參考例子﹙8﹚

電鍍

電鍍 電鍍是用電解方法把一層薄金屬覆蓋在一件物品表面的過程。 陰極：待鍍物品 陽極：擬鍍金屬 電鍍液：含有擬鍍金屬的化合物的溶液

電鍍 很多物品都會被鍍上一層銅、鎳、鉻、金或銀等。 常見的例子：電鍍銅

電鍍工業所引致的污染問題 電鍍工業生成的副產品大都是有毒的。 酸和鹼 會積聚在體內或是致癌的重金屬的化合物或離子﹙如鎳、鉻和汞的離子﹚ 有毒的氰化物

解決方法 控制污水的 pH 值 對重金屬化合物的處理 可把碳酸鈉加入酸性污水中，控制污水的 pH值。 可把氫氧化鈉溶液加入污水中，氫氧化鈉會與重金屬離子反應，形成不溶於水的金屬氫氧化物，接著用過濾法去除這些固體。

解決方法 含有劇毒的鉻(VI) 化合物 先用亞硫酸鈉把鉻 (VI) 化合物還原為鉻 (III) 化合物，然後再加入氫氧化鈉溶液，生成固體氫氧化鉻 (III) ，最後以過濾法將這些固體去除。

提取活潑金屬 非常活潑的金屬﹙例如鉀、鈉、鈣、鎂和鋁﹚是透過電解熔融礦石而得。 金屬離子在陰極上還原，生成金屬。 Mn+(l) + ne-  M(s)

鋁的陽極電鍍 氧化鋁是一層不怕酸和鹼的保護層。 鋁片上天然生成的氧化鋁十分薄及不規則。 陽極：鋁 陰極：圓柱形的鋼片 電解質：稀硫酸

鋁的陽極電鍍 陽極： 4OH-(aq)  O2(g) + 2H2O() + 4e– 氧與鋁生成氧化鋁。 4Al(s) + 3O2(g)  2Al2O3(s) 氧化鋁可染上不同的顏色。